JP2015119039A - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having a high resistance layer.SOLUTION: A manufacturing method of a semiconductor device 150 comprises the steps of: preparing a semiconductor substrate 158 where an element region 156 is formed on a principal surface 152; subsequently performing a predetermined number of times, ion irradiation from the side of a rear face 154 of the semiconductor substrate 158, which is on the opposite side to the principal surface 152 by changing acceleration energy to form a high resistance layer 160 having resistivity higher than that of an element region 156 at a non-element part 164 between the principal surface 152 and the rear face 154. The ion irradiation may be performed with a second acceleration energy lower than a first acceleration energy after performing ion irradiation with the first acceleration energy.

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、及び半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device.

従来、シリコンウェハ等の基板に様々な微細加工を施すことで、半導体集積回路を製造している。このような基板に求められる性能は、用途や製造工程によって種々ある。例えば、デジタル回路からアナログ回路へ基板を介して伝わるノイズを遮断する手段として、あるいは、オンチップインダクタのQ値を向上させる手段として、高抵抗基板が使用されている(例えば、特許文献1参照。)。高抵抗基板としては、例えば、SOI(Silicon On Insulator)基板、もしくは不純物の少ないFZ(Floating Zone)法により製造された基板が使用されている。   Conventionally, a semiconductor integrated circuit is manufactured by performing various fine processing on a substrate such as a silicon wafer. There are various performances required for such a substrate depending on applications and manufacturing processes. For example, a high resistance substrate is used as a means for blocking noise transmitted from a digital circuit to an analog circuit through the substrate or as a means for improving the Q value of an on-chip inductor (see, for example, Patent Document 1). ). As the high resistance substrate, for example, an SOI (Silicon On Insulator) substrate or a substrate manufactured by an FZ (Floating Zone) method with few impurities is used.

特開2005−93828号公報JP-A-2005-93828

しかしながら、SOI基板、もしくはFZ法により製造された高抵抗基板は価格が高く、半導体装置の製造コストを上昇させてしまう。また、抵抗率の高い基板を採用したとしても、トランジスタやダイオード等の素子製造過程で注入された不純物が、その後の熱処理過程で拡散し、基板の抵抗率を低下させることもある。その結果、抵抗率を高く調整した高価な基板を使用していたとしても、半導体装置の製造過程において抵抗率が変化し、本来目標としている抵抗率が得られていない場合もある。   However, the SOI substrate or the high resistance substrate manufactured by the FZ method is expensive and increases the manufacturing cost of the semiconductor device. Even if a substrate having a high resistivity is used, impurities implanted in the process of manufacturing an element such as a transistor or a diode may diffuse in the subsequent heat treatment process, thereby reducing the resistivity of the substrate. As a result, even if an expensive substrate with a high resistivity is used, the resistivity may change during the manufacturing process of the semiconductor device, and the originally targeted resistivity may not be obtained.

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、高抵抗層を有する半導体装置を実現する技術を提供することにある。   An exemplary object of an embodiment of the present invention is to provide a technique for realizing a semiconductor device having a high resistance layer.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の半導体装置の製造方法は、主面に素子領域が形成された半導体基板を用意した後、主面の反対側にある半導体基板の裏面側から加速エネルギーを変えてイオン照射を複数回行い、主面と裏面との間の非素子部分に素子領域より抵抗率の高い高抵抗層を形成する。   In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to an aspect of the present invention provides a semiconductor substrate having an element region formed on a main surface, and then from the back side of the semiconductor substrate on the opposite side of the main surface. Ion irradiation is performed a plurality of times while changing the acceleration energy, and a high resistance layer having a higher resistivity than the element region is formed in the non-element portion between the main surface and the back surface.

本発明の別の態様は、半導体装置である。この装置は、素子領域を備える主面と、主面の反対側の裏面と、主面と裏面との間にある非素子部分と、を備える。非素子部分は、素子領域よりも抵抗率の高い第1格子欠陥層と、素子領域よりも抵抗率が高く、第1格子欠陥層よりも抵抗率の低い第2格子欠陥層を備える。第2格子欠陥層は、第1格子欠陥層よりも裏面に近い位置に設けられる。   Another embodiment of the present invention is a semiconductor device. The apparatus includes a main surface including an element region, a back surface opposite to the main surface, and a non-element portion between the main surface and the back surface. The non-element portion includes a first lattice defect layer having a higher resistivity than the element region and a second lattice defect layer having a higher resistivity than the element region and a lower resistivity than the first lattice defect layer. The second lattice defect layer is provided at a position closer to the back surface than the first lattice defect layer.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、高抵抗層を有する半導体装置が提供される。   According to the present invention, a semiconductor device having a high resistance layer is provided.

イオン照射システムの概略構成を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically schematic structure of the ion irradiation system. 搬送プレートの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a conveyance plate. イオンビームの照射イメージを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the irradiation image of the ion beam. 高抵抗層が形成されているウェハの断面図を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically sectional drawing of the wafer in which the high resistance layer is formed. イオン照射後のシリコンウェハの表面からの深さと抵抗率との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the depth from the surface of the silicon wafer after ion irradiation, and a resistivity. 図6(a)は、抵抗率のピークの深さが異なる3つの高抵抗層のグラフを示す図であり、図6(b)は、半値幅の異なる3つの高抵抗層のグラフを示す図である。6A is a diagram illustrating a graph of three high resistance layers having different resistivity peak depths, and FIG. 6B is a diagram illustrating a graph of three high resistance layers having different half widths. It is. 深い位置に高抵抗層を形成したウェハを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the wafer which formed the high resistance layer in the deep position. 図7に示したウェハの表面からの深さと抵抗率との関係を模式的に示すグラフである。8 is a graph schematically showing the relationship between the depth from the surface of the wafer shown in FIG. 7 and the resistivity. 2回のイオン照射により二つの高抵抗層を形成したウェハ24を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the wafer 24 which formed two high resistance layers by ion irradiation twice. 図9に示したウェハの表面からの深さと抵抗率との関係を模式的に示すグラフである。10 is a graph schematically showing the relationship between the depth from the surface of the wafer shown in FIG. 9 and the resistivity. 図11(a)−(d)は、比較例に係る半導体装置の製造方法の一例を示す。11A to 11D show an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to a comparative example. 図12(a)−(d)は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す。12A to 12D show an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment. 熱処理による抵抗率の変化を模式的に示すグラフである。It is a graph which shows typically the change of the resistivity by heat processing. 本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment. 図15(a)−(d)は、変形例に係る半導体装置の製造方法の一例を示す。15A to 15D show an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to a modification.

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、主面に素子領域が形成された半導体基板を用意した後、主面の反対側にある半導体基板の裏面側から加速エネルギーを変えてイオン照射を複数回行う。これにより、主面と裏面との間の非素子部分に素子領域より抵抗率の高い高抵抗層を形成する。高抵抗層を設けることにより、素子領域と非素子部分とを分離し、素子領域に設けられる回路素子の動作特性を向上させる。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, after preparing a semiconductor substrate with an element region formed on the main surface, ion irradiation is performed by changing acceleration energy from the back surface side of the semiconductor substrate on the opposite side of the main surface. Perform multiple times. Thus, a high resistance layer having a higher resistivity than the element region is formed in the non-element portion between the main surface and the back surface. By providing the high resistance layer, the element region and the non-element portion are separated, and the operation characteristics of the circuit element provided in the element region are improved.

半導体基板にイオンビームを照射すると、半導体基板を構成する原子にイオンが衝突して格子欠陥が生じ、欠陥の発生により抵抗率の高い領域が形成される。抵抗率の高い領域が形成される位置(抵抗率が高くなるピーク位置)は、主に照射イオンのイオン種と加速エネルギーの大きさによって決められ、加速エネルギーが大きいほどイオン照射の方向に深い位置となる。本実施形態では、加速エネルギーを変えて複数回イオン照射を施すことにより、抵抗率のピーク位置が異なる複数の格子欠陥層を重畳して形成する。これにより、所定の加速エネルギーのみでイオン照射を行う場合と比べて、深さ方向の幅が広い、厚い高抵抗層を形成することができる。   When the semiconductor substrate is irradiated with an ion beam, ions collide with atoms constituting the semiconductor substrate to generate a lattice defect, and a region having a high resistivity is formed by the generation of the defect. The position where the region with high resistivity is formed (peak position where the resistivity becomes high) is determined mainly by the ion species of the irradiated ions and the magnitude of the acceleration energy. The higher the acceleration energy, the deeper the position in the ion irradiation direction. It becomes. In the present embodiment, a plurality of lattice defect layers having different peak positions of resistivity are formed in an overlapping manner by performing ion irradiation a plurality of times while changing acceleration energy. Thereby, compared with the case where ion irradiation is performed only with predetermined acceleration energy, a thick high resistance layer having a wide width in the depth direction can be formed.

また、イオンビームを照射すると、ピーク位置の手前において主にイオンが通過する場所にも相対的に抵抗率の高い領域が形成される。ピーク位置の手前に形成される格子欠陥層(以下、第2格子欠陥層ともいう)は、ピーク位置の近傍に形成される格子欠陥層(以下、第1格子欠陥層ともいう)と比べて抵抗率が高くなりにくいが、イオン照射前の半導体基板よりは抵抗率が高くなる。本実施形態では、加速エネルギーを変えながら複数回イオン照射を実行することにより、ピーク位置の手前のイオン通過領域に複数回イオンを通過させて、相対的に抵抗率の高い領域を形成する。これにより、高抵抗層の深さ方向の幅を広くして、より厚い高抵抗層とすることができる。より厚い抵抗層を形成することで、素子領域に設けられる回路素子の動作特性を向上させることができる。   Further, when the ion beam is irradiated, a region having a relatively high resistivity is formed also in a place where ions mainly pass before the peak position. A lattice defect layer (hereinafter also referred to as a second lattice defect layer) formed before the peak position is more resistant than a lattice defect layer (hereinafter also referred to as a first lattice defect layer) formed in the vicinity of the peak position. Although the rate is difficult to increase, the resistivity is higher than that of the semiconductor substrate before ion irradiation. In the present embodiment, by performing ion irradiation a plurality of times while changing the acceleration energy, ions are passed a plurality of times in the ion passage region before the peak position, thereby forming a relatively high resistivity region. Thereby, the width of the high resistance layer in the depth direction can be widened to make a thicker high resistance layer. By forming a thicker resistance layer, the operating characteristics of the circuit element provided in the element region can be improved.

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。また、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、製造方法を説明する際に示す各断面図において、半導体基板やその他の層の厚みや大きさは説明の便宜上のものであり、必ずしも実際の寸法や比率を示すものではない。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. In addition, the structure described below is an illustration and does not limit the scope of the present invention at all. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. In each cross-sectional view shown when explaining the manufacturing method, the thickness and size of the semiconductor substrate and other layers are for convenience of explanation, and do not necessarily indicate actual dimensions and ratios.

(イオン照射装置)
はじめに、半導体基板にイオン照射を行うイオン照射システムについて説明する。図1は、イオン照射システムの概略構成を模式的に示した図である。イオン照射システム10は、加速器12と、半導体ウェハを保持し搬送するウェハ搬送装置14と、加速器12から出射されたイオンビームをウェハ搬送装置14まで導くビーム輸送ダクト16と、を備える。
(Ion irradiation equipment)
First, an ion irradiation system that performs ion irradiation on a semiconductor substrate will be described. FIG. 1 is a diagram schematically showing a schematic configuration of an ion irradiation system. The ion irradiation system 10 includes an accelerator 12, a wafer transfer device 14 that holds and transfers a semiconductor wafer, and a beam transport duct 16 that guides an ion beam emitted from the accelerator 12 to the wafer transfer device 14.

加速器12は、イオンを加速し、イオンビームとして外部へ出射させる。加速器12としては、例えば、サイクロトロン方式やバンデグラフ方式の装置が用いられる。ウェハ搬送装置14は、複数の搬送プレート18を収容する収容部(不図示)と、搬送プレート18が搭載しているウェハにイオンビームが照射される照射チャンバ20と、収容部と照射チャンバ20との間で搬送プレート18を移動する移動機構22と、を備える。ビーム輸送ダクト16の途中には、内部を真空に維持する真空ポンプやビームの方向を補正する電磁コイル等が設けられている。   The accelerator 12 accelerates ions and emits them as an ion beam to the outside. As the accelerator 12, for example, a cyclotron type or a bandegraph type device is used. The wafer transfer apparatus 14 includes a storage unit (not shown) that stores a plurality of transfer plates 18, an irradiation chamber 20 that irradiates a wafer mounted on the transfer plate 18 with an ion beam, a storage unit, and an irradiation chamber 20. And a moving mechanism 22 that moves the transport plate 18 between the two. In the middle of the beam transport duct 16, a vacuum pump for maintaining the inside in a vacuum, an electromagnetic coil for correcting the beam direction, and the like are provided.

図2は、搬送プレートの一例を示す図である。搬送プレート18は、複数のウェハ24を搭載する搭載部26を有する。ウェハ24は、搭載部26に搭載された状態で所定の位置に保持される。移動機構22は、一つの搬送プレート18に搭載されている全てのウェハ24に順次イオンビームが照射され、イオン照射処理が終了すると、搬送用軸28の端部28aを搬送プレート18の端部に設けられている被係合部30に係合させ、搬送プレート18を収容部に戻す。そして、次の搬送プレート18を照射チャンバ20へ移動する。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the transport plate. The transport plate 18 has a mounting portion 26 on which a plurality of wafers 24 are mounted. The wafer 24 is held at a predetermined position while being mounted on the mounting portion 26. The moving mechanism 22 sequentially irradiates all the wafers 24 mounted on one transport plate 18 with an ion beam, and when the ion irradiation processing is completed, the end 28a of the transport shaft 28 is moved to the end of the transport plate 18. The transported plate 18 is returned to the accommodating portion by engaging with the provided engaged portion 30. Then, the next transport plate 18 is moved to the irradiation chamber 20.

図3は、イオンビームBの照射イメージを模式的に示した図である。加速器12から出射したイオンビームBは、マグネット32の働きによりその方向が変化する。そして、イオンビームBでウェハ24の表面を順次走査することで、ウェハ24の所定の領域にイオン照射がなされ、高抵抗層34が形成される。なお、ウェハ24の照射面の前方には、イオンビームの加速エネルギーを調整するために、アルミ製のアブソーバ36が配設されている。アブソーバ36は、例えばアルミホイル等の金属箔が用いられる。   FIG. 3 is a diagram schematically showing an irradiation image of the ion beam B. As shown in FIG. The direction of the ion beam B emitted from the accelerator 12 is changed by the action of the magnet 32. Then, by sequentially scanning the surface of the wafer 24 with the ion beam B, a predetermined region of the wafer 24 is irradiated with ions, and the high resistance layer 34 is formed. An aluminum absorber 36 is disposed in front of the irradiation surface of the wafer 24 in order to adjust the acceleration energy of the ion beam. For the absorber 36, for example, a metal foil such as an aluminum foil is used.

次に、高抵抗層34について説明する。図4は、高抵抗層34が形成されているウェハ24の断面図を模式的に示した図である。図4に示すように、イオンビームBによりウェハ24の所定の深さに高抵抗層34が形成される。イオン照射により高抵抗層が形成されるメカニズムは、以下の通りと考えられる。   Next, the high resistance layer 34 will be described. FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross-sectional view of the wafer 24 on which the high resistance layer 34 is formed. As shown in FIG. 4, the high resistance layer 34 is formed at a predetermined depth of the wafer 24 by the ion beam B. The mechanism by which the high resistance layer is formed by ion irradiation is considered as follows.

ウェハにイオン照射がなされると、イオンの加速エネルギーに応じた深さまでイオンが到達する。その際、到達した領域を含む近傍では格子欠陥が形成され、結晶の規則性(周期性)が乱れた状態となる。このような格子欠陥が多い領域では電子が散乱されやすくなり、電子の移動が阻害される。つまり、イオン照射により局所的な格子欠陥が生じた領域では、抵抗率が上昇することになる。なお、本明細書中、抵抗率ピークの近傍において局所的な格子欠陥が生じる領域を「第1格子欠陥層」ともいう。   When the wafer is irradiated with ions, the ions reach a depth corresponding to the acceleration energy of the ions. At that time, lattice defects are formed in the vicinity including the reached region, and the regularity (periodicity) of the crystal is disturbed. In such a region having many lattice defects, electrons are easily scattered, and movement of electrons is hindered. That is, the resistivity increases in a region where local lattice defects are generated by ion irradiation. In the present specification, a region where local lattice defects are generated in the vicinity of the resistivity peak is also referred to as a “first lattice defect layer”.

図5は、イオン照射後のシリコンウェハの表面からの深さと抵抗率との関係の一例を示すグラフである。ここで、測定したシリコンウェハは、CZ(Czochralski)法により作製されたN型のシリコン単結晶(基板抵抗率4Ω・cm)をスライスしたものである。なお、本実施の形態に係るウェハとしては、シリコン(Si)以外にも、炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)等を用いることができる。   FIG. 5 is a graph showing an example of the relationship between the depth from the surface of the silicon wafer after ion irradiation and the resistivity. Here, the measured silicon wafer is obtained by slicing an N-type silicon single crystal (substrate resistivity: 4 Ω · cm) manufactured by a CZ (Czochralski) method. As the wafer according to the present embodiment, silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), or the like can be used in addition to silicon (Si).

このN型のCZシリコンウェハに、サイクロトロン加速器によりエネルギー23MeVで加速し、減速材(アルミホイル)を通過させてイオン打ち込み深さ9μmに調整したHeイオンを、ドーズ量1.0E+13cm−2の照射量で照射した。 This N-type CZ silicon wafer is irradiated with 3 He ions, accelerated by a cyclotron accelerator at an energy of 23 MeV, passed through a moderator (aluminum foil) and adjusted to an ion implantation depth of 9 μm, with a dose of 1.0E + 13 cm −2 . Irradiated in quantity.

その結果、図5に示すように、抵抗率の深さ方向の変化は、深さが9.5ミクロンの位置でピーク抵抗率1000Ω・cmとなる山型の関数となっている。また、抵抗率がピークの半分となる半値幅は9.2μm前後である。ここでは、この半値幅に含まれる領域を高抵抗層34と称する。なお、高抵抗層34の定義は、必ずしもこれに限られず、周囲より抵抗率の高い所定の領域ということもできる。また、設計上必要となる所定の抵抗率よりも高い抵抗率となる領域を高抵抗層としてもよい。   As a result, as shown in FIG. 5, the change in the depth direction of the resistivity is a mountain-shaped function having a peak resistivity of 1000 Ω · cm at a depth of 9.5 microns. The half width at which the resistivity is half of the peak is around 9.2 μm. Here, the region included in the half width is referred to as a high resistance layer 34. Note that the definition of the high resistance layer 34 is not necessarily limited thereto, and may be a predetermined region having a higher resistivity than the surroundings. Further, a region having a resistivity higher than a predetermined resistivity required for design may be a high resistance layer.

なお、所定の領域に高抵抗層を形成するためには、イオン照射の加速エネルギーやイオン種、照射量を適宜選択することで実現可能である。図6(a)は、抵抗率のピークの深さが異なる3つの高抵抗層のグラフを示す図、図6(b)は、半値幅の異なる3つの高抵抗層のグラフを示す図である。   In addition, in order to form a high resistance layer in a predetermined area | region, it is realizable by selecting suitably the acceleration energy of ion irradiation, ion seed | species, and irradiation amount. FIG. 6A is a diagram showing a graph of three high resistance layers having different resistivity peak depths, and FIG. 6B is a diagram showing a graph of three high resistance layers having different half widths. .

図6(a)に示すように、例えばイオン照射の際のイオンの加速エネルギーを調整することで、高抵抗層が形成される深さを自由に設定できる。例えば、イオン照射の加速エネルギーを0.001MeV以上としてもよい。あるいは、0.1MeV以上の加速エネルギーとしてもよい。また、100MeV以下の加速エネルギーでイオン照射してもよい。あるいは、30MeV以下の加速エネルギーとしてもよい。   As shown in FIG. 6A, for example, the depth at which the high resistance layer is formed can be freely set by adjusting the acceleration energy of ions during ion irradiation. For example, the acceleration energy of ion irradiation may be 0.001 MeV or more. Or it is good also as acceleration energy of 0.1 MeV or more. Alternatively, ion irradiation may be performed with acceleration energy of 100 MeV or less. Or it is good also as acceleration energy of 30 MeV or less.

また、図6(b)に示すように、例えばイオン照射に用いられるイオン種を適宜選択することで、半値幅の異なる高抵抗層を形成できる。イオン照射に用いられるイオン種は、H、He、B、C、N、O、Ne、Si、Ar、Kr、Xeからなる群より選択される少なくとも1種の原子がイオン化されたものが挙げられる。具体的には、例えば、He2+He2+などが挙げられる。 Further, as shown in FIG. 6B, for example, high-resistance layers having different half widths can be formed by appropriately selecting ion species used for ion irradiation. Examples of ion species used for ion irradiation include those in which at least one atom selected from the group consisting of H, He, B, C, N, O, Ne, Si, Ar, Kr, and Xe is ionized. . Specific examples include 1 H + , 2 H + , 3 He 2+ , 4 He 2+ and the like.

このように、イオン照射システム10において、イオン種、加速エネルギー、イオン照射量(ビーム電流、照射時間)を調整することで、ウェハ中の所定の領域に形成する高抵抗層の位置や幅、抵抗率の大きさを適宜設定できる。   As described above, in the ion irradiation system 10, by adjusting the ion species, acceleration energy, and ion irradiation amount (beam current, irradiation time), the position, width, and resistance of the high resistance layer formed in a predetermined region in the wafer. The magnitude of the rate can be set as appropriate.

(イオン通過領域における格子欠陥層)
次に、イオン通過領域に形成される第2格子欠陥層について説明する。図7は、深い位置に高抵抗層34を形成したウェハ24を模式的に示す図である。図8は、図7に示したウェハ24の表面からの深さと抵抗率との関係を模式的に示すグラフである。
(Lattice defect layer in the ion passage region)
Next, the second lattice defect layer formed in the ion passage region will be described. FIG. 7 is a diagram schematically showing the wafer 24 in which the high resistance layer 34 is formed at a deep position. FIG. 8 is a graph schematically showing the relationship between the depth from the surface of the wafer 24 shown in FIG. 7 and the resistivity.

上述したとおり、ウェハにイオンビームBが照射されると、イオンの加速エネルギーに応じた深さまでイオンが到達し、到達した領域を含む近傍には抵抗率の高い第1格子欠陥層が形成される。その一方で、イオンが到達する領域の手前に位置するイオン通過領域40においても、イオンビームがウェハを構成する原子に作用することによって、相対的に抵抗率の高い領域が形成される。特に、イオンビームがウェハの深い位置に到達するように、高い加速エネルギーでイオン照射することにより、イオン通過領域40の抵抗率を高めることができる。   As described above, when the ion beam B is irradiated on the wafer, the ions reach a depth corresponding to the acceleration energy of the ions, and a first lattice defect layer having a high resistivity is formed in the vicinity including the reached region. . On the other hand, also in the ion passage region 40 located before the region where ions reach, a region having a relatively high resistivity is formed by the ion beam acting on the atoms constituting the wafer. In particular, the resistivity of the ion passage region 40 can be increased by performing ion irradiation with high acceleration energy so that the ion beam reaches a deep position on the wafer.

このイオン通過領域40では、ピーク位置に近いほど抵抗率が高く、ピーク位置から離れるにしたがって緩やかに抵抗率が低下する。このような抵抗率分布となる理由として、通過するイオンの速度が遅くなるほど、格子欠陥が形成される確率が高くなるためと考えられる。なお、本明細書中、抵抗率ピークから離れたイオン通過領域において格子欠陥が生じる領域を「第2格子欠陥層」ともいう。   In the ion passage region 40, the resistivity is higher as it is closer to the peak position, and the resistivity is gradually lowered as the distance from the peak position is increased. The reason why such a resistivity distribution is obtained is considered to be that the probability that lattice defects are formed increases as the speed of ions passing therethrough decreases. In the present specification, a region where lattice defects occur in an ion passage region away from the resistivity peak is also referred to as a “second lattice defect layer”.

このような「第2格子欠陥層」は、リン(P)やヒ素(As)などのn型ドーパントが拡散されたn型基板よりも、ボロン(B)やアルミニウム(Al)などのp型ドーパントが拡散されたp型基板の方が形成されやすい。いいかえれば、p型基板は、n型基板と比べてイオン通過領域40における抵抗率の増加量が大きくなりやすい。したがって、特にp型基板において高抵抗層を形成する場合に、イオン通過領域40における第2格子欠陥層を活用するとよい。   Such a “second lattice defect layer” has a p-type dopant such as boron (B) or aluminum (Al) rather than an n-type substrate in which an n-type dopant such as phosphorus (P) or arsenic (As) is diffused. A p-type substrate in which is diffused is easier to form. In other words, the increase in resistivity in the ion passage region 40 tends to be larger in the p-type substrate than in the n-type substrate. Therefore, the second lattice defect layer in the ion passage region 40 may be utilized particularly when a high resistance layer is formed on a p-type substrate.

なお、高抵抗層34が形成される領域よりも先の領域は、照射されるイオンビームBが到達しないか、到達しにくい非到達領域42となる。この領域では、イオン照射による格子欠陥がほとんど生じないため、イオン照射前のウェハ24と同じ程度の抵抗率の低い領域となる。つまり、非到達領域42は、イオン通過領域40よりも抵抗率の低い領域となる。   A region ahead of the region where the high resistance layer 34 is formed becomes a non-reaching region 42 where the irradiated ion beam B does not reach or is difficult to reach. In this region, since lattice defects due to ion irradiation hardly occur, the region has a resistivity as low as that of the wafer 24 before ion irradiation. That is, the non-reaching region 42 is a region having a lower resistivity than the ion passage region 40.

次に、加速エネルギーを変えてイオン照射を複数回行う場合について説明する。図9は、2回のイオン照射により二つの高抵抗層34a、34bを形成したウェハ24を模式的に示す図である。本図では、深さ位置の異なる二つの高抵抗層34a、34bを形成するために、加速エネルギーを変えてイオン照射する場合を示す。まず、第1の加速エネルギーでイオン照射することにより、相対的に深い位置に設けられる第1高抵抗層34aを形成する。その後、第1の加速エネルギーよりも低い加速エネルギーでイオン照射することにより、相対的に浅い位置に設けられる第2高抵抗層34bを形成する。   Next, a case where ion irradiation is performed a plurality of times while changing acceleration energy will be described. FIG. 9 is a diagram schematically showing a wafer 24 on which two high resistance layers 34a and 34b are formed by ion irradiation twice. In this figure, in order to form two high resistance layers 34a and 34b having different depth positions, ion irradiation is performed while changing acceleration energy. First, the first high resistance layer 34a provided at a relatively deep position is formed by ion irradiation with the first acceleration energy. Thereafter, the second high resistance layer 34b provided at a relatively shallow position is formed by ion irradiation with an acceleration energy lower than the first acceleration energy.

図10は、図9に示したウェハ24の表面からの深さと抵抗率との関係を模式的に示すグラフである。本図の(a)は、第1の加速エネルギーによるイオン照射のみとした場合の抵抗率分布を示し、(b)は、第2の加速エネルギーによるイオン照射のみとした場合の抵抗率分布を示す。図8に示した場合と同様に、(a)、(b)では、それぞれ、第1高抵抗層34aまたは第2高抵抗層34bが形成される位置に抵抗率のピークがあり、第1格子欠陥層が形成される。また、高抵抗層の手前に位置するイオン通過領域40には、非到達領域42よりも抵抗率の高い第2格子欠陥層が形成される。   FIG. 10 is a graph schematically showing the relationship between the depth from the surface of the wafer 24 shown in FIG. 9 and the resistivity. (A) of this figure shows the resistivity distribution when only ion irradiation with the first acceleration energy is performed, and (b) shows the resistivity distribution when only ion irradiation with the second acceleration energy is performed. . Similarly to the case shown in FIG. 8, in (a) and (b), there is a resistivity peak at the position where the first high-resistance layer 34a or the second high-resistance layer 34b is formed, and the first lattice is formed. A defective layer is formed. In addition, a second lattice defect layer having a higher resistivity than the non-reaching region 42 is formed in the ion passage region 40 located in front of the high resistance layer.

図10の(c)は、第1の加速エネルギーによるイオン照射後に、第2の加速エネルギーでイオン照射した場合の抵抗率分布を示す。この場合、第1高抵抗層34aと第2高抵抗層34bが形成される領域の双方をカバーするように、深さ方向の幅が大きい高抵抗層が形成される。この領域は、第1格子欠陥層に対応する。また、イオン通過領域40のうち、ピーク位置に近い一部領域40aでは、ピーク位置の近傍と同程度に抵抗率の高い領域が形成される。この領域は、第2格子欠陥層に対応するが、複数回のイオン照射により、イオン通過領域40においても格子欠陥が多く形成されることとなったため、第1格子欠陥層と同程度に抵抗が高い領域となっている。   FIG. 10C shows a resistivity distribution when ion irradiation is performed with the second acceleration energy after ion irradiation with the first acceleration energy. In this case, a high resistance layer having a large width in the depth direction is formed so as to cover both the regions where the first high resistance layer 34a and the second high resistance layer 34b are formed. This region corresponds to the first lattice defect layer. Moreover, in the partial region 40a close to the peak position in the ion passage region 40, a region having a resistivity as high as that in the vicinity of the peak position is formed. Although this region corresponds to the second lattice defect layer, a large number of lattice defects are formed also in the ion passage region 40 by a plurality of ion irradiations, so that the resistance is about the same as that of the first lattice defect layer. It is a high area.

このように、加速エネルギーを変えてイオン照射を複数回行うことにより、深さ方向に幅の広い第1格子欠陥層を形成するとともに、第1格子欠陥層に隣接して抵抗率のより高い第2格子欠陥層を形成することができる。特に、第1格子欠陥層が形成される領域だけでなく、イオン通過領域のうち第1格子欠陥層に近い領域にも高抵抗層が形成されるため、高抵抗層の厚さをより大きくすることができる。   Thus, by performing ion irradiation a plurality of times while changing the acceleration energy, a first lattice defect layer having a wide width in the depth direction is formed, and a higher resistivity is provided adjacent to the first lattice defect layer. A two lattice defect layer can be formed. In particular, since the high resistance layer is formed not only in the region where the first lattice defect layer is formed but also in the ion passing region in the region close to the first lattice defect layer, the thickness of the high resistance layer is increased. be able to.

なお、ピーク位置の異なる二つの高抵抗層を形成する場合に、高エネルギーのイオン照射によって相対的に深い位置に高抵抗層を形成した後、低エネルギーのイオン照射によって相対的に浅い位置に高抵抗層を形成することが望ましい。この順序を逆にすると、深い位置に到達させるための高エネルギーのイオンビームが、浅い位置に形成された高抵抗層を通過することとなる。そうすると、先に形成された高抵抗層の影響を受け、イオンビームが拡散したり、到達位置が変わったりしてしまうおそれがあるためである。なお、イオン照射の順序を逆にして、低エネルギーのイオン照射により相対的に浅い位置に高抵抗層を形成した後に、高エネルギーのイオン照射によって相対的に深い位置に高抵抗層を形成することとしてもよい。   When two high resistance layers with different peak positions are formed, after forming a high resistance layer at a relatively deep position by high energy ion irradiation, a high resistance layer is formed at a relatively shallow position by low energy ion irradiation. It is desirable to form a resistance layer. If this order is reversed, a high-energy ion beam for reaching a deep position passes through a high resistance layer formed at a shallow position. This is because the ion beam may be diffused or the arrival position may be changed due to the influence of the previously formed high resistance layer. Note that the order of ion irradiation is reversed, a high resistance layer is formed at a relatively shallow position by low energy ion irradiation, and then a high resistance layer is formed at a relatively deep position by high energy ion irradiation. It is good.

(裏面側からのイオン照射)
続いて、イオンビームを照射する向きについて説明する。本実施の形態では、半導体基板の裏面側からイオン照射することにより高抵抗層を形成する。素子領域が形成される主面側からイオン照射を施した場合、イオン通過領域となる主面に近い領域に第2格子欠陥層が形成され、素子領域の抵抗率が上がるためである。まず、比較例として、主面側からイオン照射する場合に形成される高抵抗層について示した後に、本実施の形態として、裏面からイオン照射する場合について示す。
(Ion irradiation from the back side)
Next, the direction of ion beam irradiation will be described. In this embodiment mode, the high resistance layer is formed by ion irradiation from the back side of the semiconductor substrate. This is because when ion irradiation is performed from the main surface side where the element region is formed, the second lattice defect layer is formed in a region close to the main surface serving as the ion passage region, and the resistivity of the element region is increased. First, after showing about the high resistance layer formed when ion irradiation is performed from the main surface side as a comparative example, the case of ion irradiation from the back surface will be described as this embodiment.

図11(a)−(d)は、比較例に係る半導体装置100の製造方法の一例を示し、素子領域が形成される主面側からイオン照射する場合の製造方法について示す。まず、図11(a)に示すように、素子領域106が主面102に形成された半導体装置100を用意する。半導体装置100は、主面102と、裏面104とを有する基板108を備える。主面102には、素子領域106が形成される。   11A to 11D show an example of a manufacturing method of the semiconductor device 100 according to the comparative example, and show a manufacturing method in the case where ion irradiation is performed from the main surface side where the element region is formed. First, as shown in FIG. 11A, a semiconductor device 100 having an element region 106 formed on the main surface 102 is prepared. The semiconductor device 100 includes a substrate 108 having a main surface 102 and a back surface 104. An element region 106 is formed on the main surface 102.

素子領域106は、主面102を含む基板108の表層部分に設けられており、主面102はプロセス形成面と呼ぶこともできる。素子領域106は、素子及び/または配線層を含む回路領域である。素子領域106は基板108の主面側で横方向に広がっており、縦方向にある深さを有する。   The element region 106 is provided in a surface layer portion of the substrate 108 including the main surface 102, and the main surface 102 can also be referred to as a process formation surface. The element region 106 is a circuit region including elements and / or wiring layers. The element region 106 extends in the horizontal direction on the main surface side of the substrate 108 and has a depth in the vertical direction.

素子領域106は少なくとも1つの回路素子(例えば、能動素子、または受動素子)を備える。素子領域106は、例えばRF−CMOSのインダクタを備えてもよい。素子領域106は、横方向に形成される電流経路を有するいわゆる横型の半導体素子を備えてもよい。素子領域106は少なくとも1つの電子回路(アナログ回路、またはデジタル回路)を備えていてもよい。   The element region 106 includes at least one circuit element (for example, an active element or a passive element). The element region 106 may include, for example, an RF-CMOS inductor. The element region 106 may include a so-called lateral semiconductor element having a current path formed in the lateral direction. The element region 106 may include at least one electronic circuit (analog circuit or digital circuit).

主面102と裏面104の間には、非素子部分114が設けられる。非素子部分114は、素子領域106の下方にあり、素子領域106と裏面104の間に設けられる部分である。非素子部分114は、素子領域106を構成する回路素子が設けられない部分とも言うことができる。   A non-element portion 114 is provided between the main surface 102 and the back surface 104. The non-element portion 114 is located below the element region 106 and is provided between the element region 106 and the back surface 104. The non-element portion 114 can also be said to be a portion where a circuit element that forms the element region 106 is not provided.

次に、図11(b)、(c)に示すように主面102にイオン照射を施すことによって、非素子部分114に高抵抗層110a、110bを形成する。まず、第1の加速エネルギーによるイオン照射によって、非素子部分114のうち素子領域106から離れた領域に第1高抵抗層110aを形成する。その後、第1の加速エネルギーよりも低い第2の加速エネルギーによるイオン照射によって、非素子部分114のうち素子領域106に近い領域に第2高抵抗層110bを形成する。これにより、図11(d)に示すように、第1高抵抗層110aと第2高抵抗層110bとが積層された、深さ方向に幅の広い、厚い高抵抗層110を形成される。   Next, as shown in FIGS. 11B and 11C, high resistance layers 110 a and 110 b are formed on the non-element portion 114 by irradiating the main surface 102 with ions. First, the first high resistance layer 110a is formed in a region away from the element region 106 in the non-element portion 114 by ion irradiation with the first acceleration energy. Thereafter, the second high resistance layer 110b is formed in a region near the element region 106 in the non-element portion 114 by ion irradiation with a second acceleration energy lower than the first acceleration energy. As a result, as shown in FIG. 11D, a thick high-resistance layer 110 having a width in the depth direction, in which the first high-resistance layer 110a and the second high-resistance layer 110b are stacked, is formed.

その一方で、高抵抗層110を形成するために照射されたイオンは、素子領域106を通過するため、素子領域106はイオン通過領域112にもなる。イオン通過領域112には、第1格子欠陥層が形成される高抵抗層110ほど抵抗率は高くないものの、第2格子欠陥層の形成により照射前の基板108よりも抵抗率が上がってしまう。そうすると、抵抗率の上昇により、素子領域106に形成される回路素子の応答性が低下したり、抵抗成分により電気信号の一部がジュール熱となって消費され、信号損失が生じたりするおそれがある。そこで、本実施の形態では、素子領域がイオン通過領域とならないように、素子領域が形成されていない裏面側からイオン照射する。   On the other hand, since the ions irradiated to form the high resistance layer 110 pass through the element region 106, the element region 106 also becomes the ion passage region 112. Although the resistivity of the ion passage region 112 is not as high as that of the high resistance layer 110 on which the first lattice defect layer is formed, the resistivity rises higher than that of the substrate 108 before irradiation due to the formation of the second lattice defect layer. Then, due to the increase in resistivity, the responsiveness of the circuit element formed in the element region 106 may be reduced, or a part of the electric signal may be consumed as Joule heat due to the resistance component, resulting in signal loss. is there. Therefore, in the present embodiment, ion irradiation is performed from the back side where the element region is not formed so that the element region does not become an ion passage region.

図12(a)−(d)は、本実施の形態に係る半導体装置150の製造方法の一例を示す。比較例と同様、図12(a)に示すように、素子領域156が主面152に形成された半導体装置150を用意する。次に、図12(b)、(c)に示すように主面152の反対側の裏面154からイオン照射を施すことによって、非素子部分164に高抵抗層160a、160bを形成する。まず、第1の加速エネルギーによるイオン照射によって、非素子部分164のうち素子領域156に近い領域に第1高抵抗層160aを形成する。その後、第1の加速エネルギーよりも低い第2の加速エネルギーによるイオン照射によって、非素子部分164のうち素子領域156から遠い領域に第2高抵抗層160bを形成する。これにより、図12(d)に示すように、第1高抵抗層160aと第2高抵抗層160bとが積層された厚い高抵抗層160を形成する。   12A to 12D show an example of a method for manufacturing the semiconductor device 150 according to the present embodiment. Similar to the comparative example, as shown in FIG. 12A, a semiconductor device 150 having an element region 156 formed on the main surface 152 is prepared. Next, as shown in FIGS. 12B and 12C, high resistance layers 160 a and 160 b are formed on the non-element portion 164 by irradiating ions from the back surface 154 opposite to the main surface 152. First, the first high resistance layer 160a is formed in a region near the element region 156 in the non-element portion 164 by ion irradiation with the first acceleration energy. After that, the second high resistance layer 160b is formed in a region far from the element region 156 in the non-element portion 164 by ion irradiation with a second acceleration energy lower than the first acceleration energy. Thus, as shown in FIG. 12D, a thick high resistance layer 160 in which the first high resistance layer 160a and the second high resistance layer 160b are stacked is formed.

本実施の形態では、比較例とは異なり、裏面154側からイオン照射するため、非素子部分164がイオン通過領域162となる。イオン通過領域162には第2格子欠陥層が形成されるため、素子領域156よりも抵抗率の高い領域が、高抵抗層160と隣接して非素子部分164に設けられる。したがって、イオン通過領域162に形成される第2格子欠陥層は、第1格子欠陥層により構成される高抵抗層160の厚さを広げるように寄与する。これにより、第1格子欠陥層のみにより高抵抗層を形成する場合と比べて、厚い高抵抗層を形成することができる。   In the present embodiment, unlike the comparative example, since the ion irradiation is performed from the back surface 154 side, the non-element portion 164 becomes the ion passage region 162. Since the second lattice defect layer is formed in the ion passage region 162, a region having a higher resistivity than the element region 156 is provided in the non-element portion 164 adjacent to the high resistance layer 160. Therefore, the second lattice defect layer formed in the ion passage region 162 contributes to increase the thickness of the high resistance layer 160 constituted by the first lattice defect layer. Thereby, compared with the case where a high resistance layer is formed only by a 1st lattice defect layer, a thick high resistance layer can be formed.

また、主面152側からのイオン照射を避けることにより、主面152に設けられる素子領域156の抵抗率の上昇を抑えることができる。本実施の形態における素子領域156は、照射イオンが進む方向において高抵抗層160の先に位置し、イオンビームがほとんど到達せず格子欠陥が生じにくい領域となるためである。このように、本実施の形態によれば、裏面側からイオン照射することにより、素子領域156の抵抗率の上昇を抑えつつ、非素子部分164により厚い高抵抗層を形成することができる。   Further, by avoiding ion irradiation from the main surface 152 side, an increase in resistivity of the element region 156 provided on the main surface 152 can be suppressed. This is because the element region 156 in this embodiment is located at the tip of the high resistance layer 160 in the direction in which the irradiation ions travel, and the ion beam hardly reaches and is a region in which lattice defects hardly occur. Thus, according to the present embodiment, by irradiating ions from the back surface side, a thick high resistance layer can be formed in the non-element portion 164 while suppressing an increase in the resistivity of the element region 156.

一方で、裏面154側からイオン照射をする場合には、主面152側からイオン照射をする場合と比べて、より深い位置にイオンが到達するように照射条件を選択する必要がある。素子領域156は、主面152の近傍に設けられており、基板158の厚さ(主面152から裏面154までの幅)と比べて比較的浅い位置に形成されるためである。そこで、本実施の形態においては、比較的軽いイオンを高エネルギーで照射することとする。高エネルギーでイオンを照射することにより、基板158の深い位置にイオンを到達させることができるためである。また、比較的軽いイオンを用いることにより、重いイオンを用いる場合と比べて、小さな加速エネルギーでより深い位置にイオンを到達させることができる。   On the other hand, when ion irradiation is performed from the back surface 154 side, it is necessary to select irradiation conditions so that ions reach a deeper position than when ion irradiation is performed from the main surface 152 side. This is because the element region 156 is provided in the vicinity of the main surface 152 and is formed at a relatively shallow position compared to the thickness of the substrate 158 (the width from the main surface 152 to the back surface 154). Therefore, in this embodiment, relatively light ions are irradiated with high energy. This is because ions can reach a deep position on the substrate 158 by irradiation with ions with high energy. In addition, by using relatively light ions, ions can reach a deeper position with a small acceleration energy as compared with the case of using heavy ions.

本実施の形態においては、例えば、水素(H)やヘリウム(He)などの軽いイオンを、5MeV以上、100MeV以下の加速エネルギーで照射する。このような照射条件を用いることにより、シリコンウェハにおいて深さ70μm以上、1500μm以下の位置にイオンを到達させることができる。例えば、約60MeVの加速エネルギーでHeイオンを照射すれば、深さ800μmの位置にイオンを到達させることができる。したがって、厚さ800μmのシリコンウェハを用いる場合、60MeV以下の加速エネルギーでHeイオンを照射すれば、裏面側からの照射であっても、主面に近い位置に高抵抗層を形成することができる。また、5MeV以上の加速エネルギーとすることにより、イオンビームを深い位置に到達させることができる。 In this embodiment, for example, light ions such as hydrogen (H) and helium (He) are irradiated with acceleration energy of 5 MeV or more and 100 MeV or less. By using such irradiation conditions, ions can reach a position having a depth of 70 μm or more and 1500 μm or less in the silicon wafer. For example, if 3 He ions are irradiated with an acceleration energy of about 60 MeV, the ions can reach a position having a depth of 800 μm. Therefore, when a silicon wafer having a thickness of 800 μm is used, if a 3 He ion is irradiated with an acceleration energy of 60 MeV or less, a high resistance layer can be formed at a position close to the main surface even when irradiation is performed from the back surface side. it can. Further, by setting the acceleration energy to 5 MeV or more, the ion beam can reach a deep position.

なお、本実施の形態で示す半導体装置150は、例えば、システムLSI、SOC(System On a Chip)、または集積回路(IC)である。また、基板158は、低抵抗の半導体基板であり、例えば、CZ法により作製されたウェハが用いられる。CZ法により作製されたウェハは、FZ法等により作製された高抵抗ウェハと比較して抵抗率が低く、安価である。本実施の形態によれば、CZウェハを用いる場合であっても、イオン照射により高抵抗層を形成することができるため、高抵抗ウェハを用いる場合と比べて製造コストの上昇を低減することができる。   Note that the semiconductor device 150 described in this embodiment is, for example, a system LSI, an SOC (System On a Chip), or an integrated circuit (IC). The substrate 158 is a low-resistance semiconductor substrate, and for example, a wafer manufactured by the CZ method is used. A wafer manufactured by the CZ method has a lower resistivity and is less expensive than a high resistance wafer manufactured by the FZ method or the like. According to the present embodiment, even when a CZ wafer is used, a high resistance layer can be formed by ion irradiation, so that an increase in manufacturing cost can be reduced compared to the case where a high resistance wafer is used. it can.

このとき、基板158の抵抗率は、例えば、10Ω・cm以下、50Ω・cm以下、100Ω・cm以下、500Ω・cm以下、または1000Ω・cm以下に調整されている。この基板158に形成される高抵抗層160は、当該基板に高抵抗層160が形成される前の基板抵抗率よりも大きいピーク抵抗率(例えば図5参照)を有する。よって、高抵抗層160のピーク抵抗率は、例えば、10Ω・cmより大きく、50Ω・cmより大きく、100Ω・cmより大きく、500Ω・cmより大きく、または1000Ω・cmより大きい。   At this time, the resistivity of the substrate 158 is adjusted to, for example, 10 Ω · cm or less, 50 Ω · cm or less, 100 Ω · cm or less, 500 Ω · cm or less, or 1000 Ω · cm or less. The high resistance layer 160 formed on the substrate 158 has a peak resistivity (see, for example, FIG. 5) larger than the substrate resistivity before the high resistance layer 160 is formed on the substrate. Therefore, the peak resistivity of the high resistance layer 160 is, for example, greater than 10 Ω · cm, greater than 50 Ω · cm, greater than 100 Ω · cm, greater than 500 Ω · cm, or greater than 1000 Ω · cm.

なお、半導体装置150を構成する基板158として、p型ドーパントが拡散されたp型基板を用いることで、n型基板を用いる場合よりもイオン通過領域162の抵抗率を高くしやすくすることができる。ここでいうp型基板とは、素子領域156にp型ドーパントが含まれているか否かをいうのではなく、イオン通過領域162となる非素子部分164にp型ドーパントが含まれていることをいう。つまり、素子領域156を形成する前のベースとなる基板158がp型基板であることをいう。ベースとしてp型基板を用いることで、イオン通過領域162の抵抗率を高め、より厚い高抵抗層を少ないイオン照射の回数で形成することができる。   Note that by using a p-type substrate in which a p-type dopant is diffused as the substrate 158 constituting the semiconductor device 150, the resistivity of the ion passage region 162 can be made higher than in the case of using an n-type substrate. . The p-type substrate here does not mean whether or not the element region 156 contains a p-type dopant, but means that the non-element portion 164 to be the ion passage region 162 contains a p-type dopant. Say. In other words, the substrate 158 serving as a base before the element region 156 is formed is a p-type substrate. By using a p-type substrate as a base, the resistivity of the ion passage region 162 can be increased, and a thicker high-resistance layer can be formed with a smaller number of ion irradiations.

(熱処理による抵抗率変化)
続いて、高抵抗層の温度依存性について説明する。図13は、熱処理による抵抗率の変化を模式的に示すグラフである。本図の「処理前」は、図10の(c)に対応する。「熱処理1」は、200℃の温度で1時間熱処理を施した後の抵抗率分布を示し、「熱処理2」は、400℃の温度で1時間熱処理を施した後の抵抗率分布を示す。図示されるように、第1格子欠陥層が形成される高抵抗層34a、34bにおいては、熱処理前後において抵抗率があまり変化しないことがわかる。一方で、第2格子欠陥層が形成されるイオン通過領域40においては、熱処理によって抵抗率が低下することがわかる。
(Resistivity change by heat treatment)
Next, the temperature dependence of the high resistance layer will be described. FIG. 13 is a graph schematically showing changes in resistivity due to heat treatment. “Before processing” in the figure corresponds to (c) in FIG. “Heat treatment 1” indicates the resistivity distribution after the heat treatment at 200 ° C. for 1 hour, and “Heat treatment 2” indicates the resistivity distribution after the heat treatment at 400 ° C. for 1 hour. As shown, the resistivity does not change much before and after the heat treatment in the high resistance layers 34a and 34b where the first lattice defect layer is formed. On the other hand, in the ion passage region 40 where the second lattice defect layer is formed, it can be seen that the resistivity is reduced by the heat treatment.

このため、熱による抵抗率の変化を考慮すると、高抵抗層として第1格子欠陥層を利用することができたとしても、第2格子欠陥層は活用しにくいという側面がある。例えば、動作上限温度が200℃である半導体装置に第2格子欠陥層による高抵抗層を形成した場合、使用環境により半導体装置が200℃まで加熱されると、高抵抗層の抵抗率が低下して設計時に意図した性能を維持できなくなるおそれがあるためである。したがって、このような半導体装置においては、第2格子欠陥層を利用せずに、第1格子欠陥層のみにより高抵抗層を形成しようと考えるのが通常の設計思想であると考える。   For this reason, considering the change in resistivity due to heat, even if the first lattice defect layer can be used as the high resistance layer, the second lattice defect layer is difficult to use. For example, when a high resistance layer is formed by a second lattice defect layer on a semiconductor device having an operation upper limit temperature of 200 ° C., the resistivity of the high resistance layer decreases when the semiconductor device is heated to 200 ° C. depending on the use environment. This is because the intended performance at the time of design may not be maintained. Therefore, in such a semiconductor device, it is considered that a normal design concept is to form the high resistance layer only by the first lattice defect layer without using the second lattice defect layer.

しかしながら、本発明者は、第2格子欠陥層を形成した後に、あえて熱処理を施すことにより第2格子欠陥層の抵抗率を安定化させる方法を採用することとした。つまり、本実施の形態においては、イオン照射により第2格子欠陥層を形成した後に熱処理を加えることにより、第2格子欠陥層の抵抗率を低下させて安定化させる。熱処理の温度は、半導体装置の使用時に想定される動作上限温度であり、例えば100℃や、200℃である。加熱による抵抗率の低下を考慮して高抵抗層を形成するとともに、予め熱処理を施すことで、動作上限温度の範囲内であれば事後的に高抵抗層の抵抗率が低下してしまう影響を低減することができる。これにより、第2格子欠陥層による高抵抗層を活用とするとともに、熱による事後的な抵抗率の変化を抑制することができ、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。   However, the present inventor decided to adopt a method of stabilizing the resistivity of the second lattice defect layer by performing a heat treatment after forming the second lattice defect layer. In other words, in the present embodiment, the second lattice defect layer is formed by ion irradiation and then subjected to heat treatment, whereby the resistivity of the second lattice defect layer is lowered and stabilized. The temperature of the heat treatment is an upper limit temperature assumed when the semiconductor device is used, and is, for example, 100 ° C. or 200 ° C. In consideration of the decrease in resistivity due to heating, a high resistance layer is formed, and by performing heat treatment in advance, the resistivity of the high resistance layer is lowered afterwards if it is within the upper operating temperature range. Can be reduced. Thereby, while utilizing the high resistance layer by the 2nd lattice defect layer, the subsequent change of resistivity by heat can be controlled, and a highly reliable semiconductor device can be provided.

次に、高抵抗層を形成する工程について説明する。図14は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。はじめに、用意されたシリコンウェハに種々の工程により素子を形成し(S10)、更に配線を形成する(S12)。この際、熱処理による不純物の拡散等により基板の抵抗率が低下しうる。ここで、抵抗率に変化が生じうる工程とは、例えば、ダイオードやトランジスタ等の素子の形成や配線(回路)の形成をする際に行われる種々の熱処理が挙げられる。熱処理としては、例えば、熱酸化、熱拡散、CVD、アニール等が挙げられる。これらの熱処理によっては基板が400℃以上になることもあるため、この工程の前に高抵抗層を形成してしまうと、せっかく形成した高抵抗層の抵抗率が大きく低下してしまうことになりかねない。   Next, a process for forming the high resistance layer will be described. FIG. 14 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment. First, elements are formed on the prepared silicon wafer by various processes (S10), and further, wiring is formed (S12). At this time, the resistivity of the substrate may decrease due to diffusion of impurities due to heat treatment. Here, the process in which the resistivity can change includes, for example, various heat treatments performed when elements such as diodes and transistors are formed and wirings (circuits) are formed. Examples of the heat treatment include thermal oxidation, thermal diffusion, CVD, annealing, and the like. Depending on these heat treatments, the substrate may reach 400 ° C. or higher, so if a high resistance layer is formed before this step, the resistivity of the high resistance layer formed will be greatly reduced. It might be.

そこで、本実施の形態では、これらの工程の後に、イオン照射により高抵抗層を形成する(S14)。このように、本実施の形態では、高抵抗層形成工程より前に、半導体基板への熱処理を伴う素子形成工程や配線(回路)形成工程をしている。つまり、イオン照射による高抵抗層の形成を、抵抗率が変化する一因となる熱処理等の工程の後に行っている。これにより、所望の抵抗率が保証された半導体装置を製造できる。   Therefore, in this embodiment, after these steps, a high resistance layer is formed by ion irradiation (S14). As described above, in this embodiment, an element formation process and a wiring (circuit) formation process involving heat treatment to the semiconductor substrate are performed before the high resistance layer formation process. That is, the formation of the high resistance layer by ion irradiation is performed after a process such as heat treatment that contributes to the change in resistivity. Thereby, a semiconductor device in which a desired resistivity is guaranteed can be manufactured.

高抵抗層が形成された半導体基板は、保護膜が形成され(S16)、裏面が研磨された(S18)後、熱処理を含む後工程(S20)で処理されて半導体集積回路として完成する。後工程には、例えば、ウェハをダイシングして個片化する工程や、個片化されたチップと実装基板とをワイヤボンドで結線する工程や、チップを樹脂で封止する工程が含まれる。また、この後工程では、高抵抗層の抵抗率を熱的に安定化させる熱処理(アニール処理)を施す。例えば、チップを樹脂で封止する工程において、樹脂硬化に必要な温度までチップを加熱することにより、封止処理を兼ねつつアニール処理を施す。なお、樹脂封止工程とは別の工程として、アニール処理を施してもよい。   The semiconductor substrate on which the high resistance layer is formed is formed with a protective film (S16), the back surface is polished (S18), and then processed in a post-process (S20) including heat treatment to complete a semiconductor integrated circuit. The post-process includes, for example, a process of dicing the wafer into individual pieces, a process of connecting the separated chips and the mounting substrate by wire bonding, and a process of sealing the chips with resin. In this subsequent process, a heat treatment (annealing treatment) is performed to thermally stabilize the resistivity of the high resistance layer. For example, in the step of sealing the chip with a resin, the chip is heated to a temperature necessary for resin curing, thereby performing an annealing process while also serving as a sealing process. An annealing process may be performed as a process different from the resin sealing process.

なお、後工程等の後に高抵抗層を形成することも可能であるが、素子や配線以外に種々の層や部材が半導体基板上に形成された状態でイオン照射するため、イオン照射の照射条件の調整が難しくなる。また、個片化されたチップは、イオン照射の際の位置決めやハンドリングが難しくなる。そこで、高抵抗層を形成する工程より後に、抵抗率の変化が実質的に生じない保護膜形成、裏面研磨、後工程等を行うことで、個片化後にイオン照射する場合における手間を省くことができる。   Although it is possible to form a high resistance layer after a post-process, etc., since various layers and members are formed on the semiconductor substrate in addition to the elements and wirings, ion irradiation conditions It becomes difficult to adjust. In addition, it is difficult to position and handle the separated chips when ion irradiation is performed. Therefore, after the step of forming the high-resistance layer, by performing protective film formation, back surface polishing, post-process, etc. that do not substantially change the resistivity, it is possible to save labor in the case of ion irradiation after singulation. Can do.

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態におけるイオン照射システム、加速器、ウェハ搬送装置などにおいて各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。   As described above, the present invention has been described with reference to the above-described embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the present invention can be appropriately combined or replaced with the configuration of the embodiment. It is included in the present invention. In addition, modifications such as various design changes in the ion irradiation system, the accelerator, the wafer transfer device, and the like in the embodiment can be added to the embodiment based on the knowledge of those skilled in the art. Added embodiments may be included in the scope of the present invention.

上述の実施の形態においては、照射するイオンの加速エネルギーを変えて、イオン照射を2回行う場合について示した。変形例においては、照射条件を変えて3回以上イオン照射することとしてもよい。加速エネルギーを変えて照射回数を増やすと、第1格子欠陥層により構成される高抵抗層の位置をずらして複数積層させることができるため、より厚い高抵抗層を形成することができる。また、第1格子欠陥層の手前に位置するイオン通過領域を通過量が増えることから、第2格子欠陥層により抵抗率が高くなる領域を増やすことができる。   In the above-described embodiment, the case where ion irradiation is performed twice while changing the acceleration energy of ions to be irradiated has been described. In a modification, it is good also as ion irradiation 3 times or more changing irradiation conditions. When the number of irradiations is increased by changing the acceleration energy, a plurality of high resistance layers constituted by the first lattice defect layers can be shifted and stacked, so that a thicker high resistance layer can be formed. Moreover, since the amount of passage increases through the ion passage region located in front of the first lattice defect layer, the region where the resistivity is increased by the second lattice defect layer can be increased.

なお、加速エネルギーを変えずに1回だけイオン照射することとしてもよい。この場合においても、第1格子欠陥層による高抵抗層と、第2格子欠陥層による高抵抗層とを積層させて、深さ方向の幅が広い高抵抗層を形成することができる。   The ion irradiation may be performed only once without changing the acceleration energy. Also in this case, a high resistance layer having a wide width in the depth direction can be formed by laminating a high resistance layer including the first lattice defect layer and a high resistance layer including the second lattice defect layer.

上述の実施形態においては、裏面側からのイオン照射により高抵抗層を形成することとしたが、変形例においては、主面側からのイオン照射を組み合わせて高抵抗層を形成することとしてもよい。例えば、加速器の性能等の制約により、裏面からのイオン照射では素子領域の近傍にイオンを到達させることが難しい場合に、主面側からのイオン照射を補完的に行うことで、厚い高抵抗層を形成する。   In the above-described embodiment, the high resistance layer is formed by ion irradiation from the back surface side. However, in a modified example, the high resistance layer may be formed by combining ion irradiation from the main surface side. . For example, when it is difficult to reach the vicinity of the element region by ion irradiation from the back due to constraints such as the performance of the accelerator, a thick high-resistance layer is obtained by performing ion irradiation from the main surface side in a complementary manner. Form.

図15(a)−(d)は、変形例に係る半導体装置170の製造方法の一例を示す。実施の形態と同様、図15(a)に示すように、素子領域176が主面172に形成された半導体装置170を用意する。次に、図15(b)、(c)に示すように主面172の反対側の裏面174からイオン照射を施すことによって、非素子部分184に第1高抵抗層180aおよび第2高抵抗層180bを形成する。なお、裏面174側からのイオン照射により形成される高抵抗層180a、180bは、加速器の性能不足等の理由により、素子領域176から離れた位置に形成される。このとき、イオン通過領域182には、第2格子欠陥層が形成されることにより、抵抗率の高い領域が形成される。   15A to 15D show an example of a method for manufacturing the semiconductor device 170 according to the modification. As in the embodiment, as shown in FIG. 15A, a semiconductor device 170 having an element region 176 formed on the main surface 172 is prepared. Next, as shown in FIGS. 15B and 15C, the first high resistance layer 180 a and the second high resistance layer are applied to the non-element portion 184 by irradiating ions from the back surface 174 opposite to the main surface 172. 180b is formed. The high resistance layers 180a and 180b formed by ion irradiation from the back surface 174 side are formed at a position away from the element region 176 due to insufficient performance of the accelerator. At this time, a region having a high resistivity is formed in the ion passage region 182 by forming the second lattice defect layer.

その後、図15(d)に示すように、主面152側からイオン照射を行うことで、素子領域176に近い領域に第3高抵抗層180cを形成する。第3高抵抗層180cが形成される領域は、裏面174からは遠いものの主面172から近いため、比較的低い加速エネルギーのイオン照射であっても第3高抵抗層180cを形成することができる。このように、主面側からのイオン照射と、裏面側からのイオン照射を組み合わせることにより、加速器の性能に制限がある場合であっても、厚い高抵抗層180を形成することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 15D, the third high resistance layer 180c is formed in a region near the element region 176 by ion irradiation from the main surface 152 side. Since the region where the third high resistance layer 180c is formed is far from the back surface 174 but close to the main surface 172, the third high resistance layer 180c can be formed even by ion irradiation with relatively low acceleration energy. . Thus, by combining ion irradiation from the main surface side and ion irradiation from the back surface side, the thick high resistance layer 180 can be formed even when the performance of the accelerator is limited.

また、主面側からのイオン照射と裏面側からのイオン照射を組み合わせることで、高抵抗層180を形成するために全てのイオン照射を主面側から行う場合と比べて、素子領域176を通過するイオンの照射量を低減させることができる。これにより、素子領域176の抵抗率が上昇してしまう影響を抑えることができる。なお、イオン照射の順序は、裏面側へイオン照射した後に主面側からイオンを照射してもよいし、主面側へイオン照射した後に裏面側からイオン照射をしてもよい。   Further, by combining the ion irradiation from the main surface side and the ion irradiation from the back surface side, it passes through the element region 176 as compared with the case where all the ion irradiation is performed from the main surface side in order to form the high resistance layer 180. The amount of ions irradiated can be reduced. Thereby, the influence that the resistivity of the element region 176 increases can be suppressed. The ion irradiation may be performed by irradiating ions from the main surface side after irradiating ions to the back surface side, or irradiating ions from the back surface side after irradiating ions to the main surface side.

34…高抵抗層、38…半導体装置、100…半導体装置、102…主面、104…裏面、106…素子領域、108…基板、110…高抵抗層、114…非素子部分、150…半導体装置、152…主面、154…裏面、156…素子領域、158…基板、160…高抵抗層、164…非素子部分、170…半導体装置、172…主面、174…裏面、176…素子領域、178…基板、180…高抵抗層、184…非素子部分。   34 ... High resistance layer, 38 ... Semiconductor device, 100 ... Semiconductor device, 102 ... Main surface, 104 ... Back surface, 106 ... Element region, 108 ... Substrate, 110 ... High resistance layer, 114 ... Non-element portion, 150 ... Semiconductor device , 152 ... main surface, 154 ... back surface, 156 ... element region, 158 ... substrate, 160 ... high resistance layer, 164 ... non-element part, 170 ... semiconductor device, 172 ... main surface, 174 ... back surface, 176 ... element region, 178 ... substrate, 180 ... high resistance layer, 184 ... non-element portion.

Claims (10)

主面に素子領域が形成された半導体基板を用意した後、前記主面の反対側にある前記半導体基板の裏面側から加速エネルギーを変えてイオン照射を複数回行い、前記主面と前記裏面との間の非素子部分に前記素子領域より抵抗率の高い高抵抗層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。   After preparing a semiconductor substrate having an element region formed on the main surface, ion irradiation is performed a plurality of times while changing acceleration energy from the back surface side of the semiconductor substrate on the opposite side of the main surface, and the main surface and the back surface A high resistance layer having a higher resistivity than the element region is formed in a non-element portion between the semiconductor elements. 前記イオン照射は、第1の加速エネルギーで行った後に、前記第1の加速エネルギーよりも低い第2の加速エネルギーで行われることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the ion irradiation is performed with a second acceleration energy lower than the first acceleration energy after the ion irradiation is performed with the first acceleration energy. 前記イオン照射は、照射するイオンが、前記半導体基板において前記裏面よりも前記主面に近い位置に到達しうる加速エネルギーで行われることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the ion irradiation is performed with an acceleration energy that allows the irradiated ions to reach a position closer to the main surface than the back surface in the semiconductor substrate. Method. 前記イオン照射は、5MeV以上100MeV以下の加速エネルギーで行われることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the ion irradiation is performed with an acceleration energy of 5 MeV to 100 MeV. 前記イオン照射に用いられるイオン種は、水素(H)またはヘリウム(He)の原子がイオン化されたものであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the ion species used for the ion irradiation is an ionized hydrogen (H) or helium (He) atom. 6. 前記主面側からイオン照射をさらに行い、前記非素子部分に高抵抗層を形成することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein ion irradiation is further performed from the main surface side to form a high resistance layer in the non-element portion. 前記主面側からのイオン照射は、前記裏面側からのイオン照射よりも低い加速エネルギーで行われることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the ion irradiation from the main surface side is performed with an acceleration energy lower than that of the ion irradiation from the back surface side. 前記高抵抗層を形成した後に、前記半導体基板への熱処理を行うことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a heat treatment is performed on the semiconductor substrate after the high-resistance layer is formed. 前記半導体基板は、前記非素子部分にp型ドーパントが拡散されたp型基板であることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a p-type substrate in which a p-type dopant is diffused in the non-element portion. 素子領域を備える主面と、
前記主面の反対側の裏面と、
前記主面と前記裏面との間にある非素子部分と、を備え、
前記非素子部分は、前記素子領域よりも抵抗率の高い第1格子欠陥層と、前記素子領域よりも抵抗率が高く、前記第1格子欠陥層よりも抵抗率の低い第2格子欠陥層を備え、
前記第2格子欠陥層は、前記第1格子欠陥層よりも前記裏面に近い位置に設けられることを特徴とする半導体装置。
A main surface comprising an element region;
A back surface opposite to the main surface;
A non-element portion between the main surface and the back surface,
The non-element portion includes a first lattice defect layer having a higher resistivity than the element region, and a second lattice defect layer having a higher resistivity than the element region and a lower resistivity than the first lattice defect layer. Prepared,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second lattice defect layer is provided at a position closer to the back surface than the first lattice defect layer.
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